CN217587029U - 一种适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路，包括电化学传感器、恒电位仪电路、以及跨阻放大器电路，电化学传感器为三电极体系传感器，其包括工作电极、参考电极以及对电极，恒电位仪电路的一个信号输入端与第一偏置电压连接，其另一输入端与电化学传感器的参考电极、对电极连接，跨阻放大器电路的两个输入端分别与第二偏置电压、工作电极连接，用于将电流转换为电压信号输出。本实用新型通过修改第一偏置电压以及第二偏置电压的电压值，可以适配不同配方的葡萄糖传感器，使其输出的在线性范围内，利于通过电压值大小，反推葡萄糖浓度。

Description

一种适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路

技术领域

本实用新型涉及血糖仪设备技术领域，更具体地说，是涉及一种适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路。

背景技术

血糖检测仪是监测人体血糖的必要工具，适用于糖尿病患者以及妊娠期孕妇。在血糖检测仪的硬件电路设计中，由于电化学传感器的优越性能，已经使其成为血糖检测仪设计的主流选择。其中，传感器信号调理电路的设计尤为关键，它是血糖检测仪如何准确检测血糖浓度值，并使血糖检测仪根据检测到的气血糖浓度值大小做出反应。

现有的血糖检测仪产品设计中，一种信号调理电路只能适用于一种血糖传感器，当需要更换成另一种传感器，而且整个信号调理电路必须重新设计。这必然会导致研发成本的增加和设计电路所需原材料种类繁多等问题。此外，信号调理电路的设计优劣也直接关系到血糖检测仪的某些关键参数，如响应时间的长短。

因此，现有的调理电路大都不适用于不同种类的葡萄糖电化学传感器。针对不同种类的电化学传感器，需要定制专用的调理电路。不同内酶层的电化学传感器所需要的偏执电压不同，则意味着如需更换电化学传感器的内酶层配方时，调理电路需要重新设计。

因此，现有技术有待改进。

实用新型内容

现有技术中血糖仪的调理电路不适用于不同种类的葡萄糖电化学传感器，进而会导致成本增加的问题。

本实用新型旨在至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中至少一个。本实用新型提出了一种适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路，其中，包括：

电化学传感器S1，所述电化学传感器S1为三电极体系传感器，其包括工作电极WE、参考电极RE以及对电极CE；

恒电位仪电路，所述恒电位仪电路的一个信号输入端与第一偏置电压Vref1连接，其另一输入端与所述电化学传感器S1的参考电极RE、对电极CE连接；

跨阻放大器电路，所述跨阻放大器电路的两个输入端分别与第二偏置电压Vref2、所述工作电极WE连接，用于将电流转换为电压信号Vout输出。

在一种实施方式中，所述恒电位仪电路包括：第一运算放大器U1A、第一电容C1、第四电容C4、第一电阻R1、第五电阻R5、第六电阻R6、第八电阻R8；

所述第一运算放大器U1A的正输入端通过所述第一电阻R1与所述第一偏置电压Vref1连接；

所述第一运算放大器U1A的负输入端依次连接所述第六电阻R6、所述第五电阻R5以及参考电极RE；

所述第一运算放大器U1A的输出端通过所述第八电阻R8与所述对电极CE连接。

在一种实施方式中，所述第一运算放大器U1A的正电源VCC通过第五电容C5与所述第一运算放大器U1A的负电源连接。

在一种实施方式中，该适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路还包括采集电路，所述采集电路与所述工作电极WE连接，所述采集电路包括第三电阻R3、第二运算放大器U1B；

所述工作电极WE通过所述第三电阻R3与所述第二运算放大器U1B的负输入端连接，所述第三电阻R3用于采集电流信号。

在一种实施方式中，所述跨阻放大器电路包括：第二电阻R2，所述第二运算放大器U1B的正输入端通过所述第二电阻R2与所述第二偏置电压Vref2连接。

在一种实施方式中，该适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路还包括负反馈电路，所述负反馈电路包括第四电阻R4以及第二电容C2，所述第二运算放大器U1B的负输入端分别与所述第四电阻R4的一端以及所述第二电容C2的一端连接，所述第四电阻R4的另一端以及所述第二电容C2的另一端均与所述第二运算放大器U1B的输出端连接。

在一种实施方式中，所述适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路还包括第一场效应管Q1以及第六电容C6；

所述第一场效应管Q1的源极S与所述工作电极WE连接；

所述第一场效应管Q1的漏极D与所述参考电极RE连接；

所述第一场效应管Q1的栅极G与所述第六电容C6的一端连接。

在一种实施方式中，该适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路还包括低通滤波电路，所述低通滤波电路包括第七电阻R7以及第三电容C3；

所述第二运算放大器U1B的输出端通过所述第七电阻R7与输出电压信号端Vout连接；

所述第六电容C6的另一端通过所述第三电容C3与所述输出电压信号端Vout连接。

在一种实施方式中，所述第一场效应管Q1为p沟道型JFET。

在一种实施方式中，所述第二运算放大器U1B采用运算放大器LPV802。

在一种实施方式中，所述第一运算放大器U1B采用运算放大器LPV802。

本实用新型提供的适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路的有益效果至少在于：

本实用新型提供了一种适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路，该适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路包括：电化学传感器S1、恒电位仪电路，第三电阻R3、第二运算放大器、跨阻放大器电路、以及低通滤波电路，其中恒电位仪电路用于保证所述参考电极RE和所述对电极CE的电位恒定，第三电阻R3用于采集电流信号，跨阻放大器电路用于将电流转换为电压输出，负反馈电路用于电流转换为后被放大的倍数以及电流输出值的稳定效果，低通滤波电路用于滤除高频信号和杂波信号，得到干净的电压信号Vout。本实用新型通过修改第一偏置电压Vref1以及第二偏置电压Vref2的电压值，可以适配不同配方的葡萄糖传感器，使其输出的Vout在线性范围内，利于通过电压值大小，反推葡萄糖浓度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路的较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

现有技术的血糖检测仪中信号调理电路只能适用于一种血糖传感器，当需要更换成另一种传感器，而且整个信号调理电路必须重新设计，这必然会导致研发成本的增加和设计电路所需原材料种类繁多等问题。

请参阅图1，一种适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路，其中，包括：电化学传感器S1、恒电位仪电路、采集电路、跨阻放大器电路、负反馈电路以及低通滤波电路，电化学传感器S1包括工作电极WE、参考电极RE以及对电极CE，恒电位仪电路与第一偏置电压Vref1连接，用于保证参考电极RE和对电极CE的电位恒定，采集电路与工作电极WE连接，用于采集电流信号，跨阻放大器电路与第二偏置电压Vref2连接，用于将电流转换为电压输出，负反馈电路用于电流转换为后被放大的倍数以及电流输出值的稳定效果，低通滤波电路用于滤除高频信号和杂波信号，得到干净的电压信号Vout。本实用新型通过修改第一偏置电压Vref1以及第二偏置电压Vref2的电压值，可以适配不同配方的葡萄糖传感器，使其输出的Vout在线性范围内，利于通过电压值大小，反推葡萄糖浓度

较佳的，恒电位仪电路包括：第一运算放大器U1A、第一电容C1、第四电容C4、第一电阻R1、第五电阻R5、第六电阻R6、第八电阻R8；

第一运算放大器U1A的正输入端通过第一电阻R1与第一偏置电压Vref1连接；

第一运算放大器U1A的负输入端依次连接第六电阻R6、第五电阻R5以及参考电极RE；

第一运算放大器U1A的输出端通过第八电阻R8与对电极CE连接。

较佳的，第一运算放大器U1A的正电源VCC通过第五电容C5与第一运算放大器U1A的负电源连接。

较佳的，采集电路包括：第三电阻R3、第二运算放大器U1B；

工作电极WE通过第三电阻R3与第二运算放大器U1B的负输入端连接，第三电阻R3用于采集电流信号。

较佳的，跨阻放大器电路包括：第二电阻R2，第二运算放大器U1B的正输入端通过第二电阻R2与第二偏置电压Vref2连接。

较佳的，负反馈电路包括：第四电阻R4以及第二电容C2，第二运算放大器U1B的负输入端分别与第四电阻R4的一端以及第二电容C2的一端连接，第四电阻R4的另一端以及第二电容C2的另一端均与第二运算放大器U1B的输出端连接。第四电阻R4的阻值大小和第二电容C2的容值大小决定了放大倍数及电路输出值的稳定效果，第四电阻R4的阻值决定电流转换为后被放大的倍数，第二电容C2用于滤除电流信号中的交流部分。

较佳的，适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路还包括第一场效应管Q1以及第六电容C6；

第一场效应管Q1的源极S与工作电极WE连接；

第一场效应管Q1的漏极D与参考电极RE连接；

第一场效应管Q1的栅极G与第六电容C6的一端连接。

较佳的，低通滤波电路包括第七电阻R7以及第三电容C3，用于滤除高频信号和杂波信号，得到干净的电压信号Vout；

第二运算放大器U1B的输出端通过第七电阻R7与输出电压信号端Vout连接。

第六电容C6的另一端通过第三电容C3与输出电压信号端Vout连接。

较佳的，第一场效应管Q1为p沟道型JFET。

较佳的，第二运算放大器U1B采用运算放大器LPV802。

较佳的，第一运算放大器U1B采用运算放大器LPV802。

在本实施例中，第一偏置电压Vref1以及第二偏置电压Vref2可以使用单片机的DAC端口输出，其电压信号可以使用万用表直接测量，也可以使用单片机系统内的ADC采集。

在本实施例中，可由x mmol/L浓度的葡萄糖溶液的对应的电化学传感器S1转换后电压值按下式计算：

x mmol/L浓度的葡萄糖溶液对应的转换电压值V=Ref+s×x×y

其中，x为葡萄糖溶液的浓度,单位为mmol/L；s为电化学传感器的灵敏度（单位浓度葡萄糖所造成的电流响应值大小，单位为nA/mmol×L^-1）；y为反馈第四电阻R4的阻值，单位为欧姆（Ω）;Ref为第二偏置电压Vref2的电压大小，单位为伏特（V）。

由于葡萄糖电化学传感器的制作工艺不同，即工作电极WE上的酶层配方存在差异，则不同种类的葡萄糖传感器的氧化还原电势差存在差异，为使得葡萄糖传感器的电流响应在线性范围，则偏置电压的取值也修改。本实用新型通过修改第一偏置电压Vref1和第二偏置电压Vref2的电压值，即可适配不同配方的葡萄糖传感器，使其输出的Vout在线性范围内，利于通过电压值大小，反推葡萄糖浓度。

在本实施例中，可以通过修改第四电阻R4的阻值，可以适配不同浓度级别的葡萄糖浓度测量。

在本实施例中，电化学传感器S1为基于葡萄糖氧化酶的葡萄糖电化学传感器。可以适配于其他的气体传感器，如（CO、NO、NH3等），其中，本实用新型中的葡萄糖传感器优选为二代氧化酶型传感器，

在本实施例中，第一运算放大器U1A和第二运算放大器U1B构成双通道运算放大器，其中，第一运算放大器U1A和第二运算放大器U1B均可采用型号为TI的LPV802。

在本实施例中，第一场效应管Q1为p沟道型JFET，作用是防止电化学传感器S1极化，且减少响应时间，在通电后快速响应，开始工作。

在本实施例中，可以使用分压电路实现第一偏置电压Vref1和第二偏置电压Vref2的电势差，也可以使用单片机的DAC提供，例如型号为STM32RCT6的单片机；也可以使用高精度的模数转换芯片进行Vout的电压采集。

综上所述，本实用新型提供了一种适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路，其通过修改第一偏置电压Vref1以及第二偏置电压Vref2的电压值，可以适配不同配方的葡萄糖传感器，使其输出的Vout在线性范围内，利于通过电压值大小，反推葡萄糖浓度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路，其特征在于，包括：

电化学传感器S1，所述电化学传感器S1为三电极体系传感器，其包括工作电极WE、参考电极RE以及对电极CE；

恒电位仪电路，所述恒电位仪电路的一个信号输入端与第一偏置电压Vref1连接，其另一输入端与所述电化学传感器S1的参考电极RE、对电极CE连接；

跨阻放大器电路，所述跨阻放大器电路的两个输入端分别与第二偏置电压Vref2、所述工作电极WE连接，用于将电流转换为电压信号Vout输出。

2.如权利要求1所述的适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路，其特征在于，所述恒电位仪电路包括：第一运算放大器U1A、第一电容C1、第四电容C4、第一电阻R1、第五电阻R5、第六电阻R6、第八电阻R8；

所述第一运算放大器U1A的正输入端通过所述第一电阻R1与所述第一偏置电压Vref1连接；

所述第一运算放大器U1A的负输入端依次连接所述第六电阻R6、所述第五电阻R5以及参考电极RE；

所述第一运算放大器U1A的输出端通过所述第八电阻R8与所述对电极CE连接。

3.如权利要求2所述的适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路，其特征在于，所述第一运算放大器U1A的正电源VCC通过第五电容C5与所述第一运算放大器U1A的负电源连接。

4.如权利要求1所述的适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路，其特征在于，该适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路还包括采集电路，所述采集电路与所述工作电极WE连接，所述采集电路包括第三电阻R3、第二运算放大器U1B；

所述工作电极WE通过所述第三电阻R3与所述第二运算放大器U1B的负输入端连接，所述第三电阻R3用于采集电流信号。

5.如权利要求4所述的适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路，其特征在于，所述跨阻放大器电路包括第二电阻R2，所述第二运算放大器U1B的正输入端通过所述第二电阻R2与所述第二偏置电压Vref2连接。

6.如权利要求4所述的适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路，其特征在于，该适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路还包括负反馈电路，所述负反馈电路包括第四电阻R4以及第二电容C2，所述第二运算放大器U1B的负输入端分别与所述第四电阻R4的一端以及所述第二电容C2的一端连接，所述第四电阻R4的另一端以及所述第二电容C2的另一端均与所述第二运算放大器U1B的输出端连接。

7.如权利要求4所述的适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路，其特征在于，该适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路还包括第一场效应管Q1以及第六电容C6；

所述第一场效应管Q1的源极S与所述工作电极WE连接；

所述第一场效应管Q1的漏极D与所述参考电极RE连接；

所述第一场效应管Q1的栅极G与所述第六电容C6的一端连接。

8.如权利要求7所述的适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路，其特征在于，该适用于不同种类葡萄糖电化学传感器的信号调理电路还包括低通滤波电路，所述低通滤波电路包括第七电阻R7以及第三电容C3；

所述第二运算放大器U1B的输出端通过所述第七电阻R7与输出电压信号端Vout连接；

所述第六电容C6的另一端通过所述第三电容C3与所述输出电压信号端Vout连接。

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